Организация строительства магистрального подземного трубопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Топливно-энергетический комплекс основа современного хозяйства любой страны. В то же время, топливная промышленность один из главных загрязнителей природной среды. Особенно сильное разрушительное воздействие на природные комплексы оказывают добыча угля открытым способом и нефтедобыча, а также передача нефти и нефтепродуктов.

Топливно-энергетический комплекс - сложная межотраслевая система добычи и производства топлива и энергии (электроэнергии и тепла), их транспортировки, распределения и использования.

От развития топливно-энергетического комплекса во многом зависит динамика, масштабы и технико-экономические показатели общественного производства, в первую очередь - промышленности. Вместе с тем приближение к источникам топлива и энергии - одно из основных требований территориальной организации промышленности. Массовые и эффективные топливно-энергетические ресурсы служат основой формирования многих территориально-производственных комплексов, в том числе промышленных, определяя их специализацию на энергоёмких производствах.

Одним из самых эффективных видов транспорта жидких и газообразных продуктов является трубопроводный транспорт. Все большее развитие получает также транспортировка по трубам твердых продуктов, заключенных в контейнеры или находящихся во взвешенном состоянии в жидкой или газообразной среде. Изучается возможность скоростной транспортировки по трубам в специальных поездах людей и оборудования. В настоящее время трубопроводный транспорт по объему грузоперевозок уступает только железнодорожному. Таким образом, объем грузооборота и границы применения трубопроводного транспорта все более расширяются.

Трубопроводное строительство в нашей стране превратилось в одну из передовых высокомеханизированных отраслей строительной индустрии.

Так, каждый третий рабочий, занятый на прокладке газовых, нефтяных магистралей и технологических трубопроводов управляет машиной.

На строительстве магистральных трубопроводов эксплуатируется значительное количество общестроительной техники (экскаваторов, бульдозеров, кранов), а также несколько десятков типов специальных машин и механизмов (трубоукладчиков, траншейных экскаваторов, трубогибочных станков, трубовозов). Одновременно разрабатывается большое число новых машин и механизмов. К этим машинам предъявляются повышенные технико-эксплуатационные требования, так как трубопроводы прокладываются во всех климатических зонах страны (в пустынях, горах, тундре), причем строительство ведется в течение всего года при температурах окружающего воздуха от - 4 до - 50°С, а трассы трубопроводов пересекают труднопроходимые участки (болота, горы), большое число естественных и искусственных препятствий.

1. Характеристика объекта и района строительства

1.1 Характеристика района строительства

В соответствии с районированием территории страны по условиям для строительства СП 131.13330.2012, изыскиваемый участок находится в районе I В.

Среднегодовая температура воздуха составляет: +1,1?С. Отрицательные среднемесячные температуры воздуха наступают в ноябре и удерживаются до марта включительно. Самые холодные месяцы - январь-февраль со средней температурой воздуха -15,8?С, с абсолютным минимумом -47?С. Самый теплый месяц - июль со средней температурой - +17,5?С, с абсолютным максимумом +38?С. В таблицах 1.1 и 1.2 представлены климатические параметры холодного и теплого периода года в районе строительства.

Согласно схематической карте зон влажности, участок работ находится в 2-ой, умеренно-сухой зоне.

Наибольшая относительная влажность воздуха наблюдается в зимнее время 80%, наименьшая в мае 65 %.

Согласно районированию территории по весу снегового покрова по СП 131.13330.2012, район изысканий относится к IV району, расчётное значение веса снегового покрова S_g составляет 240 кгс/м²; нормативное значение снеговой нагрузки S₀ 168 кгс/м² [5].

Средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца - 3 м/сек. Минимальная из средних скоростей ветра за июль - 0 м/сек.

Территория относится к III району с нормативной величиной ветрового давления W_о= 0,38 кПа или 38 кгс/м², по толщине стенке гололеда исследуемая территория отнесена к району 5, толщина стенки гололеда не менее 20 мм.

Таблица 1.1 - Климатические параметры холодного периода года

Температура воздуха наиболее холодных суток, ?С, обеспеченностью	Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, ?С, обеспеченностью	Температура воздуха наиболее холодного периода, ?С, обеспеченностью
0,98	0,92	0,98	0,92	0,94
-39	-37	-35	-34	-21

Таблица 1.2 - Климатические параметры теплого периода года

Температура воздуха ?С, обеспеченностью	Средняя максимальная температура воздуха наиболее теплого месяца, ?С
0,95	0,99
25	20,9	25,1

Cейсмичность района работ: 1% вероятность превышения интенсивности сейсмических воздействий по шкале MSK-64 оценивается в 6 баллов, что характеризует район как сейсмически не активный.

1.3 Геологические и гидрогеологические условия

Территория района находится в южной части увалисто-волнистой равнины, сильно развит карст. Район расположен в пределах погруженной зоны юго-восточного склона Восточно-Европейской платформы. На территории района находятся месторождения гипса и известняка, песка-отощителя, песка строительного, кирпичного сырья, различные нефтяные месторождения.

На этом участке газопроводом пересекаются различные водотоки и канавы мелиоративной сети.

По природным условиям реки данной территории относятся к рекам востоку Восточно-Европейской равнины.

Преобладает равнинно-холмистый рельеф. Участки с наиболее плодородными почвами и рельефом, удобным для распашки, практически безлесны.

Для рек характерно смешанное питание; преобладает снеговое и примерно в равной доле участвуют талые, дождевые и грунтовые воды.

В соответствии с этим гидрографы рек района характеризуются высоким весенним половодьем, формирующимся за счет таяния снега, летней и зимней меженью, которые при обильном грунтовом питании относительно обеспечены водой, и осенним паводком.

2. Организация строительства

Основанием для начала строительства магистрального трубопровода служит наличие следующих документов:

- утвержденного проекта (рабочего проекта) и сводного сметного расчета стоимости строительства или выписки из них, когда строительство осуществляется несколькими исполнителями (подрядными организациями);

- рабочих чертежей и утвержденных смет по рабочим чертежам;

- разрешения соответствующих ведомств и эксплуатационных служб на право выполнения ремонтных и строительно-монтажных работ;

- утвержденного проекта производства работ;

- оформления финансирования в банковских учреждениях;

- оформления договоров подряда-субподряда.

Подготовка строительного производства включает организационно-подготовительные мероприятия, внеплощадочные и внутриплощадочные подготовительные работы.

2.1 Организационно-подготовительные мероприятия

Включают в себя:

- обеспечение строительства проектно-сметной документацией и ее изучение инженерно-техническим персоналом;

- оформление финансирования и заключение договоров подряда и субподряда на строительство;

- оформление разрешений на производство работ;

- согласование карьеров песка, грунта, источников поставки щебня;

- заключение договоров на поставку оборудования, строительных материалов и конструкций, разработка транспортной схемы строительства;

- решение вопросов об условиях использования для нужд строительства железнодорожной станции;

- согласование условий размещения персонала занятого при строительстве объекта;

- согласование перевозок крупногабаритных и тяжеловесных грузов по дорогам общего назначения от железнодорожной станции разгрузки до площадки строительства с соответствующими дорожными службами, ГАИ, службами ЛЭП, линий связи, администрациями городов и посёлков и другими инстанциями;

- детальное ознакомление с условиями строительства, разработка генподрядчиком проекта производства работ (ППР);

- заключение договоров с субподрядными организациями.

2.1.1 Внетрассовые подготовительные работы

Включают в себя следующие работы:

- подготовка территории и обустройство временной площадки выгрузки МТР при железнодорожной станции разгрузки и временной площадки хранения МТР;

- подготовка территории, обустройство площадок временной строительной базы подрядчика и временного жилого городка строителей. Площадки временной строительной базы и жилого городка принимаются в соответствии со схемами типовых генпланов;

- ремонт автодорог местного значения, используемых при строительстве;

- создания необходимого на начальный период запаса строительных конструкций, материалов и оборудования;

- организация системы и сооружений связи на период строительства.

2.1.2 Вдольтрассовые подготовительные работы

Включают следующие виды работ:

- выявление и обозначение на местности положения всех коммуникаций, проходящих в зоне работ и вблизи от нее, трассоискателем ИПКТ;

- расчистка территории от лесорастительности и снега;

- устройство временных лежневых дорог для проезда строительной техники по заболоченным участкам при производстве работ по лесорасчистке территории строительства;

- создание необходимого запаса стройматериалов, изделий, конструкций и оборудования;

- перебазировка строительных машин и механизмов;

- завоз и размещение мобильных (инвентарных) зданий и сооружений административно-бытового, производственного и складского назначения;

- сооружение временных пешеходных путей;

- противопожарные мероприятия, освещение стройплощадки и пр.

Организационно-технологическая схема строительства предусматривает поточно-совмещенный метод выполнения работ. При этом в проекте производства строительных работ должны быть определены число и структура линейных объектных ремонтно-строительных потоков, специализирующихся на выполнении отдельных видов работ.

2.2 Организация инженерного обеспечения площадок выгрузки МТР

На площадках выгрузки МТР предусматриваются следующие системы жизнеобеспечения:

- электроснабжение - от автономных источников;

- отопление - автономное от электрических нагревательных приборов;

- водоснабжение - привозная вода;

- канализация - местная и ливневая;

- связь - внешняя, оперативно-диспетчерская.

Хозяйственно-питьевая вода привозная. Для хранения воды предусматривается бак V=200 литров.

Водоснабжение осуществляется путем подвоза воды автоцистернами.

Для хранения воды на противопожарные нужды необходимо установить резервуары емкостью 10 м³ и пенные огнетушители.

Бытовые сточные воды от санитарных приборов самотеком направляются в септик-выгреб, откуда ассенизационной машиной по мере накопления вывозятся на близлежащие очистные канализационные сооружения.

2.3 Решения по организации связи на период строительства

На период строительства трубопровода предлагается использование следующих систем связи:

- сотовая связь будет реализовываться услугами региональных операторов;

- радиосвязь будет обеспечиваться переносными и мобильными радиостанциями в пределах технологического потока. Переносные радиостанции обеспечивают связь на дальность до 10 км;

- связь генерального субподрядчика с подразделениями субподрядных организаций и местными организациями будет осуществляться по существующим местным линиям связи.

2.4 Структура строительного подразделения и управления строительством

Строительство участка трубопровода будет осуществляться комплексным технологическим потоком.

В состав потока входят следующие специализированные подразделения (бригады, звенья) по строительству трубопровода:

- служба снабжения:

а) приемка труб и оборудования от генерального субподрядчика и транспортировка их на площадку выгрузки;

б) разгрузка, погрузка и доставка строительных материалов и оборудования поставки субподрядчика;

в) транспортировка грунта из карьера;

г) транспортировка плетей и раскладка их на трассе.

- звено по подготовке полосы строительства:

а) планировка, срезка, снятие плодородного слоя грунта, расчистка от снега.

- бригада по устройству временного вдольтрассового проезда:

а) срезка крутых склонов, устройство переездов через малые водотоки и коммуникации, строительство временных мостов для переезда через реки, строительство лежневых дорог, содержание и ремонт подъездных дорог.

- бригада укрупнительной сборки труб в секции:

а) поворотная сварка одиночных труб в двухтрубные секции на строительной площадке, контроль и изоляция стыков.

- бригада по производству земляных работ:

а) звено по рытью траншеи;

б) звено по засыпке траншеи.

- бригады потолочной сварки;

- бригада изоляционно-укладочных работ и балластировке :

а) звено по изоляции стыков и ремонту изоляции;

б) звено по укладке трубопровода;

в) звено по балластировке трубопровода( в случае необходимости).

- бригада по ликвидации технологических разрывов;

- служба контроля качества сварочных, изоляционных и других видов работ;

- бригада по общестроительным работам:

а) обустройство производственной площадки после ее перебазирования;

б) благоустройство и ограждение площадочных сооружений;

в) содержание и восстановление существующих дорог.

Структура управления строительством предусматривает два уровня организации работ и контроля за их выполнением.

2.4.1 Первый уровень

Руководитель потока субподрядчика совместно с соответствующими службами осуществляет общее руководство реализацией проекта, взаимодействие с генсубподрядчиком.

На этом уровне решаются следующие вопросы:

- разработка и согласование графика поставки труб;

- своевременное формирование и мобилизация подразделений;

- расчёты с поставщиками и субподрядчиками;

- решение различных технических и технологических вопросов, требующих привлечения научно-технических специалистов;

- контроль исполнения графика строительства и его ресурсного обеспечения;

- реализация корректирующих воздействий и предупреждающих мероприятий.

2.4.2 Второй уровень

Линейный инженерно-технический персонал субподрядчика на трассе трубопровода непосредственно решает вопросы оперативного управления строительством в следующем порядке:

- контролирует исполнение подразделениями производственных заданий, координирует их действия;

- взаимодействует с местными органами самоуправления, обеспечивает сбор, обработку и передачу оперативной информации;

- контролирует графики выполнения поставок материалов.

Линейному инженерно-техническому персоналу в оперативном порядке подчиняются специализированные подразделения с инженером по материально-техническому обеспечению, привлеченные на строительство трубопровода. На данном уровне решаются оперативные вопросы производства работ, взаимодействия подразделений, транспортировки труб и материалов, контролируется соблюдение требований технологии строительства, безопасности, экологии, обеспечения высокого качества работ, организации питания работников.

Для координации деятельности подразделений по линейному строительству и специальным работам должны функционировать следующие структуры:

- инженер планирования и производственного регулирования;

- инженер технолог;

- служба главного сварщика;

- инженер по контролю качества.

Инженерно-технический персонал и рабочие, привлекаемые к работам на объекте, должны иметь документы, подтверждающие их квалификацию (наличие удостоверений и заверенных копий протоколов аттестации ИТР, ответственных за проведение работ, по промышленной безопасности).

2.5 Мероприятия, направленные на обеспечение сохранности и исключение хищения материально-технических ресурсов

Мероприятия по защите персонала, объектов строительства, мест хранения поступающих конструкций, материалов и оборудования, строительной техники и т.п. является важной составной частью осуществления строительства трубопровода.

Для обеспечения безопасности субподрядчик обязан:

- назначить ответственного представителя по обеспечению безопасности. Создать службу безопасности, укомплектованную квалифицированным персоналом. Обеспечить и провести обучение сотрудников службы безопасности по вопросам безопасности;

- обеспечить сотрудников службы безопасности униформой, с соответствующим оснащением в т.ч. рациями;

- обеспечить службу безопасности автотранспортом, используемым для целей: патрулирования транспортных путей перевозок строительных материалов, оборудования и т. п.;

- разработать и выполнять программу и планы безопасности в соответствии с требованиями действующего законодательства Российской Федерации;

- обеспечить службу безопасности связью (телефон, рация), в т.ч. телефонной связью с ближайшими отделениями служб МВД;

- обеспечить охрану строительных объектов, сохранность материалов, оборудования, инструментов;

- разработать, согласовать и проводить процедуру досмотра автотранспорта и персонала на объектах.

трубопровод металл прочность

3. Расчет основных элементов конструкций

В данном курсовом проекте расчеты произведены с учетом требований СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» [1].

Исходные данные:

- газопровод категории III;

- D_н =1420мм - наружный диаметр трубопровода;

- p = 9,5 МПа - рабочее давление в трубопроводе;

- район строительства - город Пермь;

- L=5 км - протяженность трубопровода.

Вид грунта в районе ремонта газопровода - глина с характеристиками:

- ц_гр=18⁰ - угол внутреннего трения грунта;

- c_гр=20 кПа - сцепление грунта;

- г_гр=18 кН/м³ - удельный вес грунта [таблица 2.32, 4].

3.1 Определение толщины стенки трубопровода

1) Определяем расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R₁ и R₂:

; (3.1)

, (3.2)

где - нормативное сопротивление растяжению металла труб, равное минимальному значению временного сопротивления;

- нормативное сопротивление сжатию металла труб, равное пределу текучести.

Согласно СП 36.13330.2012 [1]:

m=0,99 - коэффициент условий работы для участков трубопровода категории III [таблица 1, 1];

k₁ = 1,34 - коэффициент надежности по материалу;

k₂ = 1,15 - коэффициент надежности по материалу при [таблица 11, 1];

k_H = 1,265 - коэффициент надежности по ответственности трубопровода [таблица 12, 1].

2) Толщина стенки газопровода определяется следующим образом:

, (3.3)

где n_P = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления.

.

Полученное расчетное значение толщины стенки округляем до ближайшего большего по сортаменту, равного д_н=20,0 мм.

3) Определим величину расчетного температурного перепада, приняв температуру эксплуатации t_э=+10^оС.

Используя карты районирования территории России по температурному режиму находим для нашего района согласно СП 20.13330.2011 [6]:

- среднемесячные температуры января и июля: t_I= -15 ^оС, t_VII= 20 ^оС;

- отклонение средней температуры наиболее теплых и холодных суток от значений t_I и t_VII соответственно: ?_I = 20 ^оС ; ?_VII = 6 ^оС.

Нормативные значения температуры воздуха:

t^х_н= t_I + ?_I = -15+(-20) = -35 ^оС; (3.4)

t^т_н= t_VII + ?_VII = 20+6 = 26^оС. (3.5)

Расчетные значения температуры:

t^х = t^х_н - 6 = -35-6 = -41 ^оС; (3.6)

t^т= t^т_н + 3= 26+3 =29 ^оС. (3.7)

Расчетные температурные перепады:

?t^х = t_э - t^х = 10-(-41) = 51 ^оС; (3.8)

?t^т = t_э - t^т = 10-29 = -19 ^оС. (3.9)

В качестве расчетного температурного перепада принимаем наибольшее значение ?tх = 51 ^оС.

3.2 Проверка прочности и деформаций подземного трубопровода

1) Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных трубопроводов необходимо производить проверку по условиям:

(3.10)

(3.11)

где - максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормальных нагрузок и воздействий, МПа;

ш₁ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб;

- кольцевое напряжение от нормативного (рабочего) давления, МПа.

2) Значение нормативных кольцевых напряжений:

 (3.12)

3) Проверим условие по формуле (3.11):

327,75 МПа 443,48 МПа - условие выполняется, следовательно, недопустимые пластические деформации образовываться не будут.

4) Продольные напряжения:

Д (3.13)

где б_t - коэффициент линейного расширения металла трубы, б_t=0,000012 град^-1;

E - модуль Юнга, E=2.06?10⁵ МПа;

µ - коэффициент Пуассона (µ = 0,3) [таблица 13, 1];

D_вн - внутренний диаметр трубопровода.

5) Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент ₁ , учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб:

(3.14)



6) Определяем значения продольных напряжений

Д (3.15)

где =1420 м - минимальный радиус упругого изгиба [таблица 2.26, 2].

- для положительного температурного перепада:

- для отрицательного температурного перепада:

7) Проверим дважды выполнение условия по формуле (3.10):

- для положительного температурного перепада:

130,75 МПа 176,8 МПа - условие выполняется.

- для отрицательного температурного перепада:

248,3 МПа 176,8 МПа - условие не выполняется.

Условия не выполняются, следовательно, необходимо последовательно увеличивать толщину стенки согласно стандартному ряду ТУ-100-86 до выполнения условий по формулам (3.10) и (3.11).

Условия выполняются при д_н=23,9 мм, тогда D_вн =1372,2 мм.

8) Вычислим нормативные кольцевые напряжения по формуле (3.12):

9) Проверим выполнение условия по формуле (3.11):

272,7 МПа 443,48 МПа - условие выполняется, следовательно, недопустимые пластические деформации образовываться не будут.

10) Определим продольные осевые напряжения по формуле (3.13):

11) Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить коэффициент ₁ , учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб по формуле (3.14):

12) Определим максимальные суммарные продольные напряжения в ТП от нормативных нагрузок и воздействий по формуле (3.15):

- для положительного температурного перепада:

- для отрицательного температурного перепада:

13) Проверим дважды выполнение условия по формуле (3.10):

- для положительного температурного перепада:

147,25 МПа 239,0 МПа - условие выполняется.

- для отрицательного температурного перепада:

231,8 МПа 239,0 МПа - условие выполняется.

Условия выполняются, следовательно, недопустимые пластические деформации образовываться не будут. Таким образом, окончательно принимаем

3.3 Нагрузки и воздействия

1) Нормативная нагрузка от собственного веса металла трубы:

(3.16)

где g - ускорение свободного падения, м/с²;

расчетная нагрузка от собственного веса металла, Н/м;

в расчете на прочность;

в расчете на устойчивость.

2) Нагрузка от веса изоляционного покрытия:

выбираем трубы с заводской изоляцией нормального исполнения с толщиной д_из = 3 мм и плотностью с=1750 кг/м³ [таблица 2.7, 4].

(3.17)

где наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия.

в расчете на прочность;

в расчете на устойчивость.

3) Нагрузка от веса транспортируемого продукта:

(3.18)

в расчете на прочность,

в расчете на устойчивость,

где нормативная и расчетная нагрузка от веса продукта, Н/м;

внутренний диаметр, см.

3.4 Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении

1) Площадь поперечного сечения металла трубы:

(3.19)

м².

2) Эквивалентное продольное усилие:

(3.20)

3) Нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом:

(3.21)

4) Среднее удельное давление на трубопровод:

(3.22)



где коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, n_гр=0,8;

удельный вес грунта, кН/м³;

высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до дневной поверхности, 1,0 м [1].

5) Предельное касательное напряжение:

(3.23)

где - угол внутреннего трения;

- сцепление грунта.

6) Сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода:

(3.24)

7) Сопротивление вертикальным перемещениям:

(3.25)

8) Критическое усилие для прямолинейного участка трубопровода в случае жесткопластичной связи его с грунтом:

; (3.26)

9) Осевой момент инерции поперечного сечения трубы:

(3.27)

10) Проверим выполнения условия:

(3.28)

19,5 МН ;

19,5 МН 46,1 .

Условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода при заданных параметрах обеспечивается.

11) Проверим выполнения условия, в случае упругой связи прямолинейного трубопровода с грунтом, для чего рассчитаем критическую продольную силу:

(3.29)

где - коэффициент постели грунта при сжатии, равен 5 МН/м³_.



12) Проверим выполнение условия по формуле (3.28):

19,5МН;

19,5 МН326,5 .

Условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода при заданных параметрах обеспечивается.

13) Расчётная длина волны выпучивания:

(3.30)

14) Для оценки устойчивости упругоизогнутого участка трубопровода определим параметры ? и Z:

(3.31)

(3.32)

Затем используя номограмму [рисунок 2.13, 4], найдём

15) Критическое усилие:

(3.33)

16) Проверяем выполнение условия по формуле (3.28):

19,5МН;

19,5 МН

Условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода при заданных параметрах обеспечивается.

17) Критическое усилие:

(3.34)

18) Проверяем выполнение условия по формуле (3.28):

19,5МН

19,5 МН

Условие устойчивости не выполняется, следовательно, следует увеличить радиус упругого изгиба до выполнения условия по формуле (3.28).

Принимаем =1800 м. Тогда критическое усилие по формуле (3.34):

19) Проверяем выполнение условия по формуле (3.28):

19,5МН;

19,5 МН

Условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода при заданных параметрах обеспечивается.

3.5 Продольные перемещения полубесконечного трубопровода

1) Определим нагрузку от собственного веса трубопровода с учетом коэффициента надежности по нагрузке по формуле (3.21):

2) Среднее удельное давление на трубопровод с учетом коэффициента надежности по нагрузке по формуле (3.22):

3) Предельные касательные напряжения по формуле (3.23):

4) Сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода по формуле (3.24):

5) Определим коэффициент по формуле:

(3.35)

где - коэффициент постели грунта при сдвиге, равен 1,5 МН/м³ [таблица 2.35, 4].

6) Предельная величина продольного усилия по формуле:

(3.36)

7) Сопоставим величины усилий P и P_пр:

19,5 МН ? 7,6 МН.

Следовательно, рассматриваемый отрезок трубопровода включает два участка: упругой и пластичной связи трубы с грунтом.

8) Длина участка упругой связи:

(3.37)

9) Определим перемещение, касательные напряжения и продольные усилия в нескольких сечениях участка по формулам:

(3.38)

(3.39)

 (3.40)

При

При

Остальные результаты вычислений , , на участке упругой связи трубопровода с грунтом представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты вычислений , ,

x, м	вx	sh вx	ch вx	u(x), мм	ф(x)*10^3 МПа	P(x), МН
0	0,00	0,000	1,000	0,000	0,000	0,459
20	0,35	0,357	1,062	0,433	0,649	0,487
40	0,70	0,759	1,255	0,919	1,379	0,576
60	1,05	1,254	1,604	1,519	2,279	0,735
80	1,40	1,904	2,151	2,307	3,461	0,986
100	1,75	2,790	2,964	3,381	5,071	1,359
120	2,10	4,022	4,144	4,872	7,309	1,901
140	2,45	5,751	5,837	6,967	10,451	2,677
160	2,80	8,192	8,253	9,924	14,887	3,785
180	3,15	11,647	11,689	14,110	21,165	5,361
200	3,50	16,543	16,573	20,04	30,1	7,600

10) Длина участка пластичной связи трубопровода с грунтом:

 (3.41)

11) Продольные усилия, касательные напряжения и перемещения в нескольких сечениях участка :

(3.42)

(3.43)

При этом касательные напряжения максимальны и равны:

(3.44)

При

Результаты вычислений , на участке пластичной связи трубопровода с грунтом представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Результаты вычислений ,

xп, м	P(xп), МН	u(xп), мм
0	7,600	20,04
20	10,286	28,336
40	12,972	39,088
60	15,658	52,325
80	18,344	68,044
100	19,5	76,8

12) Полное перемещение свободного конца участка трубопровода:

(3.45)

Рисунок 3.1 - Эпюры распределения , , по длине при упругопластичной связи

3.6 Определение радиусов упругого изгиба трубопровода на поворотах в горизонтальной и вертикальной плоскостях

1) Максимально допустимые напряжения изгиба:

(3.46)

.

Принимаем .

2) Минимальный радиус упругого изгиба из условия прочности при повороте:

- в горизонтальной плоскости:

(3.47)

- в вертикальной плоскости на вогнутом рельефе местности:

(3.48)

- в вертикальной плоскости на выпускном рельефе местности:

 (3.49)

3) Усилие, необходимое для изгиба трубопровода в горизонтальной плоскости:

(3.50)

4) Наибольшее расхождение осей ТП и траншеи:

(3.51)

5) Проверка условия вписывания осей трубопровода и траншеи:

(3.52)

Условие выполняется, следовательно, криволинейный участок на горизонтальном повороте вписывается в траншею.

6) Остальные параметры горизонтального поворота представлены в таблице 3.3.

Рисунок 3.2 - Параметры горизонтального поворота.

Таблица 3.3 - Параметры горизонтального поворота

Параметр x, м	yтр, м	y, м	Дy, м
0	0,000	0,000	0,000
10	0,012	0,008	0,004
20	0,045	0,032	0,013
30	0,097	0,072	0,025
40	0,166	0,128	0,038
50	0,249	0,199	0,050
60	0,345	0,287	0,057
70	0,450	0,391	0,059
80	0,562	0,511	0,051
90	0,678	0,646	0,032
100	0,798	0,798	0,000

По полученным расчетным значениям построим графики расхождения осей траншеи и трубопровода.

7) Радиусы поворотов в вертикальной плоскости из условия прилегания трубы ко дну траншеи:

- на вогнутом рельефе местности:

(3.53)

- на выпуклом рельефе местности:

(3.54)

где - угол поворота трассы в радианах;

- расчетная нагрузка от трубопровода.

При радиус поворота в вертикальной плоскости на вогнутом рельефе местности по формуле (3.53):

При радиус поворота в вертикальной плоскости на выпуклом рельефе местности по формуле (3.54):

Радиусы поворотов в вертикальной плоскости из условия прилегания трубы ко дну траншеи на вогнутом и выпуклом рельефе местности для остальных значений угла поворота трассы приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Параметры криволинейных участков вертикальных поворотов

бк, град	0,2	0,275	0,35	0,425	0,5	0,575	0,65	0,725	0,8
бк, рад	0,0035	0,0048	0,0061	0,0074	0,0087	0,0100	0,0113	0,0127	0,0140
свог, м	7994,53	6465,34	5505,13	4836,75	4340,10	3953,98	3643,65	3387,82	3172,63
свып, м	7523,14	6084,12	5180,53	4551,56	4084,19	3720,84	3428,81	3188,07	2985,561

По полученным расчетным значениям построим графики зависимости б_к от с_вог и с_вып.

Рисунок 3.3 - График для определения радиусов упругого изгиба трубопровода в вертикальной плоскости: 1 - границы зоны допустимых радиусов на вогнутом рельефе; 2 - границы зоны допустимых радиусов на выпуклом рельефе

4. Технология строительства

Строительство магистральных трубопроводов следует выполнять в соответствии с СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» и СП 86.13330.2012 «Магистральные трубопроводы».

До начала строительно-монтажных работ по прокладке трубопровода выполняют следующие мероприятия:

- выбор участков трассы для первоочередного строительства в зимнее и летнее время;

- составление графиков производства строительно-монтажных работ и поставка необходимых машин, материалов и оборудования;

- выбор мест и устройство площадок для складирования материалов и базирования техники, а также мест для вертолетных площадок;

- разработка транспортной схемы завоза материалов, вариантов объездов непроходимых участков и преодоление труднопроходимых;

- определение границ участков работы потоков с учетом характеристик сложных участков трассы;

- оснащение производственных участков необходимыми машинами, оборудованием, материалами и рабочей силой;

- устройство сварочно-монтажных и изоляционных баз, полигонов для обетонирования труб и обустройства жилых трассовых городков;

- строительство временных технологических дорог и подъездов к ним, а также водопропускных и осушительных сооружений на подъездах к трассе и вдоль нее;

Способы производства строительно-монтажных работ должны определяться проектами организации строительства и выполняться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Комплекс организационных и технологических решений должен предусматривать непрерывный производственный процесс строительства трубопроводов по мере продвижения потока на всем протяжении участка с учетом типа рельефа, характера обводненности местности, грунтовых условий, диаметра сооружаемого трубопровода и времени года.

Строительство трубопроводов на сложных участках территориях следует осуществлять из труб с заводской изоляцией или из труб, изолированных в базовых условиях.

На болотах и заболоченных участках должна, как правило, должна предусматриваться подземная прокладка трубопроводов.

4.1 Подготовительные работы

4.1.1 Приемка трассы от генерального субподрядчика и геодезическая разбивка

В соответствии с СП 86.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» генеральный субподрядчик обязан создать геодезическую разбивочную основу для строительства и не менее чем за 10 дней до начала строительно-монтажных работ передать подрядчику техническую документацию на нее и на закрепленные на трассе строительства трубопровода пункты и знаки этой основы, а именно:

- знаки закрепления углов поворота трассы;

- створные знаки углов поворота трассы в количестве не менее двух на каждое направление угла в пределах видимости;

- створные знаки на прямолинейных участках трассы, установленные попарно в пределах видимости, но не реже чем через 1 км;

- створные знаки закрепления прямолинейных участков трассы на переходах через реки, овраги, дороги и другие естественные и искусственные препятствия в количестве не менее двух с каждой стороны перехода в пределах видимости;

- высотные реперы, установленные не реже чем через 5 км вдоль трассы, кроме установленных на переходах через водные преграды (на обоих берегах);

- пояснительную записку, абрисы расположения знаков и их чертежи;

- каталоги координат и отметок пунктов геодезической основы.

Все геодезические измерения должны осуществляться в соответствии с требованиями СП 126.13330.2012 «Геодезические работы в строительстве».

Трасса должна приниматься от генерального субподрядчика по акту.

Перед началом строительства на трассе необходимо выполнить следующие работы:

- произвести контроль геодезической разбивочной основы с точностью линейных измерений не менее 1/500, угловых 2' и нивелирования между реперами с точностью 50 мм на 1 км трассы. Трасса принимается от заказчика по акту, если измеренные длины линий отличаются от проектных не более чем на 1/300 длины, углы не более чем на 3' и отметки знаков, определенные из нивелирования между реперами, - не более 50 мм;

- установить дополнительные знаки (вехи, столбы и пр.) по оси трассы и по границам строительной полосы;

- вынести в натуру горизонтальные кривые естественного (упругого) изгиба через 10 м, а искусственного изгиба - через 2 м;

- разбить пикетаж по всей трассе и в ее характерных точках (в начале, середине и конце кривых, в местах пересечения трасс с подземными коммуникациями). Створы разбиваемых точек должны закрепляться знаками, как правило, вне зоны строительно-монтажных работ. Установить дополнительные репера через 2 км по трассе.

Результаты приемки геодезической основы и контроля закрепления трассы должны быть оформлены в соответствующем акте.

4.1.2 Планировка строительной полосы

Планировка строительной полосы включает в себя срезку косогоров и бугров, склонов оврагов и балок с одновременной подсыпкой низинных мест местным или привозным грунтом и планировку микрорельефа с геодезическим контролем на полосе рытья траншеи, благодаря которой обеспечивается профиль траншеи, соответствующий упругому изгибу трубопровода при его укладке.

Спланированная поверхность должна быть ровной, без резких перепадов по высоте, вызывающих наклоны и перекосы ходовой части экскаватора.

При срезке склонов балок и оврагов разработанный грунт должен удаляться в места, предусмотренные проектом.

Планировка строительной полосы выполняется бульдозером.

4.1.3 Снятие и восстановление плодородного слоя грунта

Работы по снятию и восстановлению плодородного слоя грунта выполняются на сельскохозяйственных землях: луг, пашня в соответствии с проектом на рекультивацию земель.

Снятие и перемещение плодородного слоя грунта в охранной зоне действующих трубопроводов должно выполняться бульдозером мощностью не более 200 л.с. Рекультивация производится на ширину траншеи плюс по 0,5 м с каждой стороны.

Рекультивируемый слой складируется в отвал за зону работы укладочной колонны. Толщина снимаемого плодородного слоя грунта составляет 0,2 м.

По окончании укладки трубопровода в траншею и его засыпки минеральным грунтом плодородный слой грунта перемещается из отвала на полосу строительства.

Перемещение осуществляется косопоперечными проходами бульдозера.

Окончательное разравнивание и уплотнение плодородного грунта производится продольными проходами бульдозера при рабочем ходе в двух направлениях.

4.1.4 Устройство вдольтрассового проезда и подъездных путей

Для доставки техники, материалов и труб на трассу используются существующие автодороги.

Для осуществления перевозок по трассе трубопровода, прохода и работы потока предназначен временный вдольтрассовый проезд, предусмотренный на полосе строительства.

В состав работ по устройству временного вдольтрассового проезда входит сооружение переездов через действующие трубопроводы, переходы через реки и ручьи.

Планировка проезда, срезка косогоров и бугров, склонов оврагов и подсыпка низинных мест производится в составе общих планировочных работ по всей строительной полосе.

Планировка строительной полосы производится с целью обеспечения стабильной технически и технологически определенной работы машин, механизмов, оборудования, транспортных средств и обслуживающего их персонала при выполнении всего комплекса строительно-монтажных и специальных строительных работ по прокладке линейной части магистральных трубопроводов, осуществляемой в различных природно-климатических условиях.

Технологический набор единичных видов работ при подготовке строительной полосы для прокладки магистральных трубопроводов в различных природных условиях зависит:

- от технологии прокладки, предусмотренной ППР:

- от сезона строительства трубопровода:

а) летний сезон;

б) зимний сезон.

- прилегающего рельефа местности.

4.1.5 Погрузочно-разгрузочные работы

Приемку труб и перевозку их на участок субподрядчика производит сам заказчик или по дополнительному соглашению генподрядчик.

До начала погрузочно-разгрузочных работ необходимо выполнить комплекс подготовительных работ и организационно-технических мероприятий, в том числе:

- назначить ответственных за производство работ и безопасную эксплуатацию кранов;

- проинструктировать членов бригады по технике безопасности;

- разместить в зоне производства работ необходимые механизмы, такелаж, инструменты и приспособления;

- обеспечить работающий персонал телефонной связью, средствами первой медицинской помощи;

- оборудовать стрелы трубоукладчиков, крюки торцевых захватов и траверс, ложементы на плетевозах защитными приспособлениями в виде эластичных накладок, предохраняющими изоляционное покрытие труб от непосредственного контакта;

- обустроить подъездные пути с дорожными знаками «въезд», «выезд», «разворот», «ограничение скорости» и т.п.

Погрузка труб из штабеля на трубовоз для отвозки на трассу осуществляется краном-трубоукладчиком с использованием траверсы.

Работы по погрузке труб из штабеля на плетевозы выполняются в следующей последовательности:

- кран-трубоукладчик с навешанной траверсой подают к штабелю и устанавливают в рабочее положение (крюк с траверсой располагают над серединой двух ближайших к крану труб);

- прицеп-роспуск плетевоза, поданного к месту погрузки, затормаживается упорными башмаками, с натяжкой тягового троса;

- трубы стропуют с обоих торцов, начиная с верхнего ряда, после уточнения надежности закрепления (расклинивая) в разбираемом штабеле каждой пары труб нижнего ряда, произведенного при складировании;

- трубы поднимают, перемещают краном-трубоукладчиком по сигнальным знакам такелажника с погрузкой на трубоплетевоз.

После погрузки труб осуществляется крепление труб на трубоплетевозе, а кран-трубоукладчик возвращается к штабелю за следующими трубами.

Выгрузка одиночных труб с плетевоза осуществляется трубоукладчиком, оснащенным мягким монтажным полотенцем.

Стрелы трубоукладчиков должны быть оборудованы эластичными накладками.

Накладки крепятся к стрелам в местах возможного контакта с трубами с помощью съемных планок и хомутов.

Трубы следует размещать на трассе в "косую" однорядную раскладку, т.е. под острым углом к оси трубопровода.

При транспортировке труб вдоль трассы расстояние от следа движения трубовоза до бровки траншеи должно быть более 1 м.

При развозке вдоль трассы трубы и секции следует укладывать на расстоянии 1,5 м от бровки траншеи.

При складировании труб с изоляционным покрытием места контакта труб с опорными и разделительными стойками должны быть облицованы амортизирующими материалами (дерево, резина и т.д.) для обеспечения сохранности изоляции.

По одной трубе от пунктов временного складирования до трассы должны транспортироваться трубовозами на шасси полноприводных автомобилей типа УРАЛ-43204.

Перемещение труб волоком запрещается.

Предельное количество труб и трубных секций перевозимых на автомобилях и тракторах, с учетом грузоподъемности машин и размеров определяется по одной трубе.

Пункты перегрузки должны быть обеспечены погрузочно-разгрузочными средствами.

4.2 Основные линейные работы

Основные линейные работы по строительству трубопровода включают в себя:

- земляные работы;

- сварочно-монтажные работы;

- изоляционно-укладочные работы;

- балластировка трубопровода ( в случае необходимости);

- электрохимическая защита трубопровода от коррозии;

- очистка полости и испытание трубопровода.

4.3 Земляные работы

4.3.1 Разработка траншеи

Разработку грунта производить одноковшовым экскаватором при движении его по оси траншеи с соблюдением проектных отметок дна траншеи и откосов.

Грунт, вынутый из траншеи и уложенный в отвал размещать не ближе 0,5 м от бровки траншеи.

Разработка траншеи одноковшовым экскаватором с обратной лопатой должна вестись без применения ручной подчистки дна. При приближении экскаватора к знакам, указывающим расположение подземных коммуникаций, работу следует прекратить. Разработку траншеи на этом участке производить вручную на расстоянии не менее 2 м от боковой стенки в обе стороны от коммуникации и не менее 1 м над верхом действующей коммуникации.

На участках пересечения с действующими подземными коммуникациями, проходящими в пределах глубины траншеи, выполнить подсыпку под действующими коммуникациями немерзлым песком или другим малосжимаемым (модуль деформации 20 МПа и более) грунтом по всему поперечному сечению траншеи на высоту до половины диаметра пересекаемой коммуникации подбивкой грунтом под коммуникацию и послойным уплотнением грунта. Вдоль траншеи размер подсыпки по верху должен быть на 0,5 м больше с каждой стороны пересекаемой коммуникации, а откосы подсыпки должны быть не круче 1:1.

Для устойчивой и надежной работы машин и механизмов полоса строительства в зоне их движения должна быть спланирована.

Крутизна откосов траншеи должна быть принята в соответствии с требованиями таблицы 4.1.

Ширина раскрытия траншеи по низу составляет 2,2 м для участков в нормальных условиях, и 2,6 м для обводненных участков.

Глубина заложения трубопровода принята проектом не менее 1,0 м [1].

Грунт, вынутый из траншеи или котлована, следует размещать на расстоянии не менее 0,5 м от края траншеи в сухих и связанных грунтах и не менее 1 м - в песчаных и увлажненных грунтах.

При притоке грунтовой воды в траншею применять открытый водоотлив на рельеф (в пониженные места) с помощью водоотливной установки.

В качестве мягкого грунта применить песок крупный, средней крупности, мелкий и пылеватый по ГОСТ 25100-95.

При разработке траншеи под трубопроводом необходимо контролировать отклонение фактических отметок дна траншеи от проектных.

Таблица 4.1 - Крутизна откосов при разработке траншей в различных типах грунтов

Виды грунтов	Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки (м) не более
	1,5	3	5
Насыпные неуплотненные	1:0,67	1:1	1:1,25
Песчаные и гравийные	1:0,5	1:1	1:1
Супесь	1:0,25	1:0,67	1:0,85
Суглинок	1:0	1:0,5	1:0,75
Глина	1:0	1:0,25	1:0,5
Лессы и лессовидные	1:0	1:0,5	1:0,5

Контроль производить:

- на прямых участках - через 50м (при длине траншеи более 50м),

- выборочно, но не менее чем в двух местах (при длине траншеи менее 50 м).

Для установки гнутых отводов через 2 м, кривые упругого изгиба через 10м.

Контроль производить нивелиром, нивелирными рейками, рулетками, мерной лентой. Согласно СП 86.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» допускается отклонение от проектных отметок на - 100 мм.

Глубину разработки траншеи экскаваторщику контролировать по постоянным (П-образные) и ходовым визиркам, при разработке допускается отклонение - 10 см.

Разработку траншеи в местах пересечений с существующими коммуникациями производить вручную на расстоянии не менее 2 м от боковой поверхности в соответствии с требованиями СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

Подземные коммуникации, попадающие в зону производства работ - полосу отвода, защищаются в зоне проезда строительной техники железобетонными плитами.

По мере продвижения строительно-монтажной колонны, плиты переукладывают на новый участок. Фактическую глубину залегания газопровода определить на месте.

4.3.2 Засыпка траншеи

До начала работ по засыпке траншеи с уложенным трубопроводом необходимо:

- проверить проектное положение трубопровода;

- проверить целостность изоляционного покрытия;

- проверить проектное положение балластирующих устройств на обводненных участках (в случае их установки);

- выполнить работы по предохранению изоляционного покрытия от механических повреждений (присыпка);

- получить письменное разрешение от заказчика на засыпку уложенного трубопровода и наряд-допуск на производство работ.

Трубопровод засыпают непосредственно вслед за изоляционно-укладочными работами.

При достаточной ширине строительной полосы грунт из отвала перемещают бульдозером поперек к оси траншеи прямолинейными проходами. В стесненных условиях строительной полосы грунт бульдозером целесообразно перемещать под углом 45°-60° к оси траншеи косопоперечными и косоперекрёстными проходами.

Наиболее эффективен комбинированный способ засыпки, предусматривающий двойной проход бульдозера: в начале косопоперечный, а затем прямой поперечный.

Избыточный грунт, оставшийся после засыпки трубопровода, разравнивают в виде валика трапецеидального сечения с перекрытием не менее чем на 0,5 м в каждую сторону от бровок траншеи.

На криволинейных участках засыпку начинают от середины кривой по направлению к ее концам. На участках с вертикальными кривыми (в оврагах, на холмах и т.д.) засыпку следует производить с двух сторон сверху вниз.

Места установки запорной арматуры, тройников, контрольно-измерительных пунктов электрохимзащиты засыпаются после их установки и приварки катодных выводов.

На участках захлестов во избежание смещения трубопровода засыпка выполняется одноковшовым экскаватором, причем сначала засыпается место захлеста.

Засыпку траншеи бульдозером выполняет машинист 6 разряда.

На участках пересечения с действующими подземными коммуникациями, проходящими в пределах глубины траншеи, выполнить подсыпку под действующими коммуникациями немерзлым песком или другим малосжимаемым грунтом по всему поперечному сечению траншеи на высоту до половины диаметра пересекаемой коммуникации подбивкой грунтом под коммуникацию и послойным уплотнением грунта. Вдоль траншеи размер подсыпки по верху должен быть на 0,5 м больше с каждой стороны пересекаемой коммуникации, а откосы подсыпки должны быть не круче 1:1.

Для предотвращения эрозии проектом предусмотрено уплотнение грунта после засыпки в границах раскрытия траншеи и посев многолетних трав при рекультивации.

Засыпку траншей выполнять с предварительной подбивкой грунта под уложенный трубопровод, с послойным уплотнением по 0,3 м пневмотрамбовкой. После засыпки до начала рекультивации выполнить уплотнение грунта в границах раскрытия траншеи за десять проходов прицепным катком на пневмоколёсном ходу с коэффициентом уплотнения 0,92.

Важнейшими требованиями выполнения земляных работ являются:

- соблюдение допустимой крутизны откосов котлованов и траншей;

-соблюдение технологических разрывов по времени между разработкой траншеи, укладкой трубопровода и обратной засыпкой траншеи.

4.3.3 Рекультивация

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.5.3.04-83* рекультивация нарушенных земель должна осуществляться в два последовательных этапа: технический и биологический.

Техническая рекультивация включает в себя следующие виды работ:

- снятие плодородного слоя почвы и перемещение его во временный отвал;

- планировка нарушенных земель;

- уборка строительного мусора, производственных отходов, засыпка рытвин и ям, траншей, удаление из пределов строительной полосы всех временных сооружений;

- восстановление плодородного слоя почвы;

- планировка рекультивируемой поверхности земли;

- восстановление системы естественного водоотвода.

Снимать плодородный слой почвы необходимо в талом состоянии, до наступления устойчивых отрицательных температур. Восстанавливать плодородный слой почвы следует в период, когда почва находится в незамёрзшем состоянии.

Снятие и восстановление плодородного слоя почвы производится бульдозером марки Т-15, а на участках с пересекаемыми и проходящими в зоне строительной полосы коммуникациями - бульдозером с относительно малым удельным давлением на грунт. Снятие плодородного слоя почвы и его перемещение в отвал следует производить бульдозером поперечными ходами на всю проектную толщину слоя рекультивации, по возможности, за один проход или послойно за несколько проходов.

Сухой минеральный грунт при разработке траншеи одноковшовым экскаватором перемещается в отвал вдоль разрабатываемой траншеи с перемещением бульдозером из зоны производства строительных работ.

Снятие, перемещение, хранение и восстановление плодородного слоя почвы должны исключить снижение его качественных показателей, а также потери при перемещении. Не допускается смешивание плодородного слоя с минеральным грунтом, а также для устройства подсыпок, перемычек и других временных сооружений для строительных целей.

Снятие плодородного слоя на трассе производится на ширину раскрытия траншеи плюс 0,5 м в каждую сторону и с полосы монтажных работ проектируемого и демонтируемого трубопроводов, а также в местах складирования минерального грунта.

Ширина полосы снятия плодородного слоя меняется в зависимости от ширины полосы отвода и взаиморасположения коммуникаций. Снятие плодородного слоя с территории амбаров производится со всей площади отвода. Толщина плодородного слоя изменяется от 0,3 м до 0,5 м.